CN102116609B - 探针验证系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种探针验证方法，该方法包括步骤：设置验证参数，所述验证参数包括理论接触点的个数及探球半径的公差范围；使探球接触验证球的上方一点，根据该点模拟一个虚拟球，并计算该虚拟球的圆心坐标；根据该虚拟球的圆心坐标计算该虚拟球上所述理论接触点的坐标；通过虚拟球上的理论接触点的坐标获取第一次实际接触点坐标；通过第一次实际接触点的坐标计算验证球的圆心坐标，及根据验证球的圆心坐标计算验证球上的理论接触点坐标；通过验证球上的理论接触点的坐标获取第二次实际接触点坐标；通过上述第二次实际接触点的坐标计算探球的实际半径；通过探球的实际半径验证探针是否合格；标识上述验证结果。利用本发明可快速的验证出探针是否合格。

Description

探针验证系统及方法

技术领域

本发明涉及一种探针验证系统及方法。

背景技术

近年来，随着计算机硬件性能的提高及价格的降低，三坐标测量机在工业、科研中被广泛用作产品测量的测量装置。具体而言，该测量装置主要用于对零件或者部件的尺寸误差和形位误差进行测量，对保证产品质量起着重要的作用。

探针是三坐标测量机的一部分，其包括测杆和测杆底端的探球，该探球可由红宝石材料制成。当探针的探球触测零件或部件的表面时，探球会发出触测信号，计数系统中的光栅计数器对所产生的触测信号进行计数，并将其传送给计算机。该计算机通过内部安装的测量软件会得到所述接触点在三维空间内的坐标。而每个接触点的坐标其实是探针在零件或部件的表面移动时探球的球心坐标，该坐标与接触点的真正坐标相差一个探球的半径，例如，当探球的半径为r，该探球沿X轴碰撞零件或部件的表面，所测接触点在X轴的坐标为X0时，该接触点在X轴的实际坐标为（X0-r）。为了准确计算出接触点的实际坐标，需先准确得知探球的半径，以判断探针是否合格，若探针不合格，则会极大地影响零件或部件的测试精度。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种探针验证系统，通过获取接触点的实际坐标来计算探球半径，以验证探针是否合格，减少了由于探针不合格造成的误差，提高了测试精度。

鉴于以上内容，还有必要提供一种探针验证方法，通过获取接触点的实际坐标来计算探球半径，以验证探针是否合格，减少了由于探针不合格造成的误差，提高了测试精度。

一种探针验证系统，该探针包括测杆底端的探球，该系统包括：设置模块，用于设置验证参数，所述验证参数包括验证球的半径、理论接触点的个数、探球的理论半径及探针合格时探球的实际半径与探球理论半径的公差范围；模拟模块，用于当用户在验证球的上方任意选取一点作为接触点，使探球接触该点，根据该点与验证球的半径模拟一个虚拟球，并计算该虚拟球的球心坐标；计算模块，用于根据该虚拟球的球心坐标计算该虚拟球上所述理论接触点的坐标；获取模块，用于通过虚拟球上的理论接触点的坐标获取实际接触点的坐标，所述实际接触点坐标为第一次实际接触点坐标；所述计算模块，还用于通过上述第一次实际接触点的坐标计算验证球的球心坐标，及根据验证球的球心坐标计算验证球上的理论接触点坐标；所述获取模块，还用于通过验证球上的理论接触点的坐标获取实际接触点的坐标，所述实际接触点坐标为第二次实际接触点坐标；所述计算模块，还用于通过上述第二次实际接触点的坐标计算探球的实际半径；判断模块，用于判断上述计算出来的探球的实际半径与探球的理论半径之间的公差是否在上述设置的公差范围内，根据该判断结果验证探针是否合格；标识模块，用于标识上述验证结果。

一种探针验证方法，该探针包括测杆底端的探球，该方法包括步骤：设置验证参数，所述验证参数包括验证球的半径、理论接触点的个数、探球的理论半径及探针合格时探球的实际半径与探球理论半径的公差范围；当用户在验证球的上方任意选取一点作为接触点，使探球接触该点，根据该点与验证球的半径模拟一个虚拟球，并计算该虚拟球的球心坐标；根据该虚拟球的球心坐标计算该虚拟球上所述理论接触点的坐标；通过虚拟球上的理论接触点的坐标获取实际接触点的坐标，所述实际接触点坐标为第一次实际接触点坐标；通过上述第一次实际接触点的坐标计算验证球的球心坐标，及根据验证球的球心坐标计算验证球上的理论接触点坐标；通过验证球上的理论接触点的坐标获取实际接触点的坐标，所述实际接触点坐标为第二次实际接触点坐标；通过上述第二次实际接触点的坐标计算探球的实际半径；判断上述计算出来的探球的实际半径与探球的理论半径之间的公差是否在上述设置的公差范围内，根据该判断结果验证探针是否合格；标识上述验证结果。

相较于现有技术，所述的探针验证系统及方法，通过获取接触点的实际坐标来计算探球半径，以验证探针是否合格，减少了由于探针不合格造成的误差，提高了测试精度，节约了企业的测试成本。

附图说明

图1是本发明探针验证系统较佳实施例的架构图。

图2是影像量测机台的结构示意图。

图3是本发明探针的结构示意图。

图4是本发明理论接触点的分布示意图。

图5是本发明探针在验证球上方任意选取一点后模拟虚拟球的示意图。

图6是本发明探针获取第一次实际接触点坐标的示意图。

图7是本发明探针获取第二次实际接触点坐标的示意图。

图8是本发明探针验证方法较佳实施例的流程图。

主要元件符号说明

影像量测机台	1
		工作台	2
龙门架	3
		顶罩	4
探针	5
		探球	50
测杆	51
		验证球	6
显示设备	7
		输入设备	8
主机	9

探针验证系统	90
		设置模块	910
模拟模块	920
		计算模块	930
获取模块	940
		判断模块	950
标识模块	960

具体实施方式

参照图1所示，是本发明探针验证系统较佳实施例的架构图。该系统主要包括主机9，及与该主机9连接的影像量测机台1、显示设备7和输入设备8。所述主机9包括探针验证系统（以下简称“验证系统”）90。

所述影像量测机台1的组成，如图2所示，该影像量测机台1包括与水平面平行的工作台2、跨设于该工作台2的龙门架3、固设于该龙门架3中部的顶罩4、探针5及置于工作台2上的验证球6。所述探针5包括测杆51及该测杆51底端的探球50，如图3所示。

其中，影像量测机台1还设有X轴传动系统、Y轴传动系统及Z轴传动系统（图未示）。所述X轴传动系统、Y轴传动系统及Z轴传动系统用以驱动所述探球50沿机械坐标的X轴、Y轴及Z轴移动，用以与验证球6进行接触以获取该验证球6上每个接触点的坐标。具体而言，当探球50与验证球6接触时，影像量测机台1可利用内部安装的测量软件（图中未示出）测量该验证球6上每个接触点的坐标。本实施例中，该每个接触点的坐标为接触点的理论坐标，其实际上是探球50与验证球6接触时探球50的球心O1的坐标。所述验证系统90根据该每个接触点的理论坐标可实现对探球50的验证。

所述显示设备7用于显示影像量测机台1传送给主机9的坐标数据等。所述输入设备8可以是键盘和鼠标等，用于进行数据输入，例如，设置理论接触点的个数、输入验证球6的半径、探球50的理论半径及探球50的半径的公差范围等。

所述验证系统90包括多个功能模块：设置模块910、模拟模块920、计算模块930、获取模块940、判断模块950及标识模块960。本发明所称的模块是完成一特定功能的计算机程序段，比程序更适合于描述软件在计算机中的执行过程，因此在本发明以下对软件描述都以模块描述。

所述设置模块910用于设置验证参数。所述验证参数包括，但不限于，验证球6的半径、理论接触点的个数、探球50的理论半径及探针5合格时探球50的实际半径与探球50的理论半径的公差范围。具体而言，验证球6的半径r是固定的，探球50的理论半径也是固定的，而理论接触点的个数可以根据用户的需要进行设置。通过所设置的验证参数可验证所述探球50的实际半径是否合格，进而验证探针5是否合格。

一般而言，理论接触点的个数设置的越多，计算量越大，验证的结果也越精确。在本较佳实施例中，理论接触点的个数最少为4个，最多为20个。所述的理论接触点是指验证过程中探球50预计与验证球6接触的点。理论接触点在验证球6上的分布可由理论接触点的个数及分布规则而定，该分布规则由用户预先通过设置模块910进行设置。例如，如图4所示，将验证球6的上表面以等间距的方式分为三层，第一层为验证球6的中心圆，该中心圆上分布3～10个理论接触点，第二层为验证球6的上表面的三分之二处的圆，该圆上分布0～6个理论接触点，第三层为验证球6的上表面的三分之一处的圆，该圆上分布0～3个理论接触点。无论设置模块910设置了多少个理论接触点，其中有一个理论接触点在验证球6的正上方，如点“a”处，其它理论接触点会优先分布在所述第一层上，当第一层分布的个数达到10个且还有理论接触点未分布时，再考虑第二层，以此类推。例如，若设置模块910设置了20个理论接触点，则验证球6的正上方如点“a”处会分布一个理论接触点，验证球6的第一层会分布10个理论接触点，第二层会分布6个理论接触点，第三层会分布3个理论接触点。若设置模块910设置了10个理论接触点，则验证球6的正上方点“a”处分布了一个理论接触点后其它9个理论接触点会分布在所述第一层上。

所述模拟模块920用于当用户在验证球6的上方任意选取一点作为接触点，使探球50接触该点，根据该点与验证球6的半径模拟一个虚拟球，并计算该虚拟球的圆心坐标。本较佳实施例中，所述任意选取的点为验证球6的顶点，如图5所示的点P0。然而，由于人为的误差，所选取的点与验证球6的实际顶点P0之间会存在误差，如图5所示的接触点P0'。因此，本实施例暂时以所述任意选取的点，如接触点P0'作为验证球6的顶点，模拟一个虚拟球，该虚拟球与验证球6同样大小。假设验证球6的半径为r，接触点P0'的坐标为（X0'、Y0'、Z0'），虚拟球的圆心O'与顶点P0'的坐标在Z轴上相差所述半径r，即O'的坐标为（X0'、Y0'、Z0'-r）。

所述计算模块930用于根据该虚拟球的圆心O'的坐标计算该虚拟球上所述理论接触点的坐标。该理论接触点在虚拟球上的坐标可通过如下方式得到：

Xi'=X0'+cos（i*a）*r；

Yi'=Y0'+sin（i*a）*r；

Zi'=当前层的Z轴坐标；

其中，a=360/N，i<=N，N为当前层理论接触点的个数（如图4中所述的第一层上的理论接触点的个数），N不等于零。

所述获取模块940用于通过虚拟球上的理论接触点的坐标获取实际接触点（即下述的第一次实际接触点）的坐标。具体而言，假设虚拟球上有5个理论接触点，则虚拟球的第一层（即中心圆）上有四个理论接触点P1'、P2'、P3'及P4'，顶点P0'上有一个理论接触点，探球50根据P0'、P1'、P2'、P3'及P4'的坐标分别接触点P0'、P1'、P2'、P3'及P4'，由于P0'、P1'、P2'、P3'及P4'为虚拟球上的点，因此，探球50在模拟碰撞所述理论接触点时实际上碰到的点为验证球6上的点，本实施例中，该实际碰到的点被称为第一次实际接触点。具体而言，以虚拟球的理论接触点P1'为例，如图6所示，探球50水平向右移动去接触点P1'，由于理论接触点P1'实际不存在，因此，探球50经过点P1'后会与验证球6上的点P1发生接触，该点P1即为所述第一次实际接触点，由理论接触点P1'的坐标可获取该第一次实际接触点P1的坐标。同理，由上述其它理论接触点的坐标可获取验证球6上其它第一次实际接触点的坐标。

所述计算模块930还用于通过上述第一次实际接触点的坐标计算验证球6的圆心坐标。在本较佳实施例中，验证球6的圆心坐标可通过拟合球公式和牛顿迭代公式利用所述第一次实际接触点的坐标计算得出，其中，拟合球公式和牛顿迭代公式为现有技术，其具体计算过程在此不做赘述。

所述计算模块930还用于根据验证球6的圆心坐标计算验证球6上的理论接触点坐标。验证球6上的理论接触点的坐标可通过如下方式得到：假设上述计算出的验证球6的圆心O的坐标为（X0、Y0、Z0），则验证球6上的理论接触点的坐标为：

Xi=X0+cos（i*a）*r；

Yi=Y0+sin（i*a）*r；

Zi=当前层的Z轴坐标；

其中，a=360/N，i<=N，N为当前层理论接触点的个数，N不等于零。

所述获取模块940还用于通过验证球6上的理论接触点的坐标获取实际接触点的坐标，此处所讲的实际接触点的坐标为第二次实际接触点坐标。具体而言，以获取其中的一个实际接触点P11的坐标为例，如图7所示，探球50水平向右移动与验证球6上的理论接触点P11接触，由所述验证球6的圆心O的坐标为（X0、Y0、Z0）及验证球6的的半径r可获取该第二次实际接触点的坐标。需要注意的是，由于存在误差，此时，该第二次实际接触点可能是点P11，也可能不是点P11。

所述计算模块930用于通过上述第二次实际接触点的坐标计算探球50的实际半径。在本较佳实施例中，探球50的实际半径可由探球50的圆心坐标计算得出，而该探球50的圆心坐标可由上述第二次实际接触点的坐标、拟合球公式和牛顿迭代公式计算得到。具体而言，将上述第二次实际接触点的坐标代入到拟合球公式和牛顿迭代公式，得到一个拟合球的半径R，该拟合球的半径R等于验证球6的半径r与探球50的实际半径r1之和，也就是说，探球50的实际半径为r1=R-r。

所述判断模块950用于判断上述计算出来的探球50的半径是否合格以验证探针5是否合格。具体而言，当计算出来的探球50的实际半径与用户设置的探球50的理论半径的公差范围在设定的公差范围（例如，0.01毫米～0.05毫米）内时，则说明探球50合格，验证结果为探针5合格。当计算出来的探球50的实际半径与用户设置的探球50的理论半径的公差范围不在设定的公差范围内时，则说明探球50不合格，验证结果为探针5不合格。

所述标识模块960用于标识上述验证结果。具体而言，当验证结果为探针5合格时，标识模块960在显示设备7上显示符号“SUCCESS”；当验证结果为探针5不合格时，标识模块960在显示设备7上显示符号“FAIL”，说明需要更换该探球50。

如图8所示，是本发明探针验证方法较佳实施例的流程图。

步骤S10，设置模块910设置验证参数。所述验证参数包括，但不限于，验证球6的半径、理论接触点的个数、探球50的理论半径及探针5合格时探球50的实际半径与探球50的理论半径的公差范围。具体而言，验证球6的半径r是固定的，探球50的理论半径也是固定的，而所述理论接触点的个数可根据用户的需要进行设置。通过所设置的验证参数可验证出所述探球50的实际半径是否合格，进而验证探针5是否合格。一般而言，理论接触点的个数设置的越多，计算量越大，验证的结果也越精确。在本较佳实施例中，理论接触点的个数最少为4个，最多为20个。所述的理论接触点是指验证过程中探球50预计与验证球6接触的点。理论接触点在验证球6上的分布可由理论接触点的个数及分布规则而定，该分布规则由用户预先通过设置模块910进行设置，具体分布规则的设置如图4中所述。

步骤S11，当用户在验证球6的上方任意选取一点作为接触点，使探球50接触该点时，模拟模块920根据该点与验证球6的半径模拟一个虚拟球，并计算该虚拟球的圆心坐标。本较佳实施例中，所述任意选取的点为验证球6的顶点，如图5所示的点P0。然而，由于人为的误差，所选取的点与验证球6的实际顶点P0之间会存在误差，如图5所示的接触点P0'。因此，本实施例以所述任意选取的点，如接触点P0'作为验证球6的顶点，模拟一个虚拟球，该虚拟球与验证球6同样大小。假设验证球6的半径为r，接触点P0'的坐标为（X0'、Y0'、Z0'），虚拟球的圆心O'与顶点P0'的坐标在Z轴上相差所述半径r，即O'的坐标为（X0'、Y0'、Z0'-r）。

步骤S12，计算模块930根据该虚拟球的圆心O'的坐标计算该虚拟球上所述理论接触点的坐标。该理论接触点在虚拟球上的坐标可通过如下方式得到：

Xi'=X0'+cos（i*a）*r；

Yi'=Y0'+sin（i*a）*r；

Zi'=当前层的Z轴坐标；

其中，a=360/N，i<=N，N为当前层理论接触点的个数（如图4中所述的第一层上的理论接触点的个数），N不等于零。

步骤S13，获取模块940通过虚拟球上的理论接触点的坐标获取实际接触点（即下述的第一次实际接触点）的坐标。具体而言，假设虚拟球上有5个理论接触点，则虚拟球的第一层（即中心圆）上有四个理论接触点P1'、P2'、P3'及P4'，顶点P0'上有一个理论接触点，探球50根据P0'、P1'、P2'、P3'及P4'的坐标分别接触点P0'、P1'、P2'、P3'及P4'，由于P0'、P1'、P2'、P3'及P4'为虚拟球上的点，因此，探球50在模拟碰撞所述理论接触点时实际上碰到的点为验证球6上的点，本实施例中，该实际碰到的点被称为第一次实际接触点。具体而言，以虚拟球的理论接触点P1'为例，如图6所示，探球50水平向右移动去接触点P1'，由于理论接触点P1'实际不存在，因此，探球50经过点P1'后会与验证球6上的点P1发生接触，该点P1即为所述第一次实际接触点，由理论接触点P1'的坐标可获取该第一次实际接触点P1的坐标。同理，由上述其它理论接触点的坐标可获取验证球6上其它第一次实际接触点的坐标。

步骤S14，计算模块930通过上述第一次实际接触点的坐标计算验证球6的圆心坐标。在本较佳实施例中，验证球6的圆心坐标可通过拟合球公式和牛顿迭代公式利用所述第一次实际接触点的坐标计算得出，其中，拟合球公式和牛顿迭代公式为现有技术，其具体计算过程在此不做赘述。

步骤S15，计算模块930根据验证球6的圆心坐标计算验证球6上的理论接触点坐标。验证球6上的理论接触点的坐标可通过如下方式得到：假设上述计算出的验证球6的圆心O的坐标为（X0、Y0、Z0），则验证球6上的理论接触点的坐标为：

Xi=X0+cos（i*a）*r；

Yi=Y0+sin（i*a）*r；

Zi=当前层的Z轴坐标；

其中，a=360/N，i<=N，N为当前层理论接触点的个数，N不等于零。

步骤S16，获取模块940通过验证球6上的理论接触点的坐标获取实际接触点的坐标，此时所讲的实际接触点的坐标为第二次实际接触点坐标。具体而言，以获取其中的一个实际接触点P11的坐标为例，如图7所示，探球50水平向右移动与验证球6上的理论接触点P11接触，由所述验证球6的圆心O的坐标为（X0、Y0、Z0）及验证球6的的半径r可获取该第二次实际接触点的坐标。需要注意的是，由于存在误差，此时，该第二次实际接触点可能是点P11，也可能不是点P11。

步骤S17，计算模块930通过上述第二次实际接触点的坐标计算探球50的实际半径。在本较佳实施例中，探球50的实际半径可由探球50的圆心坐标计算得出，而该探球50的圆心坐标可由上述第二次实际接触点的坐标、拟合球公式和牛顿迭代公式计算得到。具体而言，将上述第二次实际接触点的坐标代入到拟合球公式和牛顿迭代公式，得到一个拟合球的半径R，该拟合球的半径R等于验证球6的半径r与探球50的实际半径r1之和，因此，探球50的实际半径为r1=R-r。

步骤S18，判断模块950判断上述计算出来的探球50的实际半径是否合格以验证探针5是否合格。具体而言，当计算出来的探球50的实际半径与用户设置的探球50的理论半径的公差范围在设定的公差范围（例如，0.01毫米～0.05毫米）内时，则说明探球50合格，流程进入步骤S19。当计算出来的探球50的实际半径与用户设置的探球50的理论半径的公差范围不在设定的公差范围内时，则说明探球50不合格，流程进入步骤S20。

步骤S19，验证结果为探针5合格，标识模块960在显示设备7上显示符号“SUCCESS”。

步骤S20，验证结果为探针5不合格，标识模块960在显示设备7上显示符号“FAIL”。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种探针验证系统，该探针包括测杆底端的探球，其特征在于，该系统包括：

设置模块，用于设置验证参数，所述验证参数包括验证球的半径、理论接触点的个数、探球的理论半径及探针合格时探球的实际半径与探球理论半径的公差范围；

模拟模块，用于当用户在验证球的上方任意选取一点作为接触点，使探球接触该点，根据该点与验证球的半径模拟一个虚拟球，并计算该虚拟球的球心坐标；

计算模块，用于根据该虚拟球的球心坐标计算该虚拟球上所述理论接触点的坐标；

获取模块，用于通过虚拟球上的理论接触点的坐标获取实际接触点的坐标，所述实际接触点坐标为第一次实际接触点坐标；

所述计算模块，还用于通过上述第一次实际接触点的坐标计算验证球的球心坐标，及根据验证球的球心坐标计算验证球上的理论接触点坐标；

所述获取模块，还用于通过验证球上的理论接触点的坐标获取实际接触点的坐标，所述实际接触点坐标为第二次实际接触点坐标；

所述计算模块，还用于通过上述第二次实际接触点的坐标计算探球的实际半径；

判断模块，用于判断上述计算出来的探球的实际半径与探球的理论半径之间的公差是否在上述设置的公差范围内，根据该判断结果验证探针是否合格；及

标识模块，用于标识上述验证结果。

2.如权利要求1所述的探针验证系统，其特征在于，当所述验证结果为探针合格时，标识模块显示字符“SUCCESS”，当所述验证结果为探针不合格时，标识模块显示字符“FAIL”。

3.如权利要求1所述的探针验证系统，其特征在于，所述理论接触点的个数的设置范围在四到二十之间。

4.如权利要求1所述的探针验证系统，其特征在于，所述虚拟球的球心坐标是通过拟合球公式及牛顿迭代公式计算得到。

5.如权利要求1所述的探针验证系统，其特征在于，所述探球的实际半径是通过拟合球公式及牛顿迭代公式计算得到。

6.一种探针验证方法，该探针包括测杆底端的探球，其特征在于，该方法包括步骤：

设置验证参数，所述验证参数包括验证球的半径、理论接触点的个数、探球的理论半径及探针合格时探球的实际半径与探球理论半径的公差范围；

当用户在验证球的上方任意选取一点作为接触点，使探球接触该点，根据该点与验证球的半径模拟一个虚拟球，并计算该虚拟球的球心坐标；

根据该虚拟球的球心坐标计算该虚拟球上所述理论接触点的坐标；

通过虚拟球上的理论接触点的坐标获取实际接触点的坐标，所述实际接触点坐标为第一次实际接触点坐标；

通过上述第一次实际接触点的坐标计算验证球的球心坐标，及根据验证球的球心坐标计算验证球上的理论接触点坐标；

通过验证球上的理论接触点的坐标获取实际接触点的坐标，所述实际接触点坐标为第二次实际接触点坐标；

通过上述第二次实际接触点的坐标计算探球的实际半径；

判断上述计算出来的探球的实际半径与探球的理论半径之间的公差是否在上述设置的公差范围内，根据该判断结果验证探针是否合格；及

标识上述验证结果。

7.如权利要求6所述的探针验证方法，其特征在于，所述标识上述验证结果的步骤包括：

若所述验证结果为探针合格，显示字符“SUCCESS”；

若所述验证结果为探针不合格，显示字符“FAIL”。

8.如权利要求6所述的探针验证方法，其特征在于，所述理论接触点的个数的设置范围在四到二十之间。

9.如权利要求6所述的探针验证方法，其特征在于，所述虚拟球的球心坐标是通过拟合球公式及牛顿迭代公式计算得到。

10.如权利要求6所述的探针验证方法，其特征在于，所述探球的实际半径是通过拟合球公式及牛顿迭代公式计算得到。

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